Моделювання процесів та апаратів хімічної технології

Спеціальність: Комп'ютерна хімічна інженерія
Код дисципліни: 7.161.10.O.013
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Хімічна інженерія
Лектор: к.т.н., с.н.с., доцент Іващук Олександр Сергійович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Метою курсу є засвоєння студентами основних підходів до комп’ютерного моделювання хіміко-технологічних процесів та апаратів хімічної технології, поглибленого вивчення та удосконалення професійної підготовки магістрів в області інженерного аналізу та розширення практичних навиків роботи з сучасним програмним комплексом системи автоматизованого проектування SOLIDWORKS та його прикладного модуля SOLIDWORKS Flow Simulation. Особлива увага приділена навчанню студентів методам моделювання газогідродинаміки обладнання з урахуванням специфічних вимог хімічного виробництва, побудові комп’ютерних моделей основних процесів хімічної технології, їх верифікації з експериментальними даними та вирішення задач оптимізації.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей: Інтегральна компетентність (ІНТ): Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та проблеми хімічних технологій та інженерії під час професійної діяльності або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов і вимог. загальні компетентності: ЗК2. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях. ЗК3. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел. фахові компетентності: ФК1. Здатність досліджувати, класифікувати і аналізувати показники якості хімічної продукції, технологічних процесів і обладнання хімічних виробництв. ФК3. Здатність використовувати результати наукових досліджень і дослідно-конструкторських розробок для вдосконалення існуючих та/або розробки нових технологій і обладнання хімічних виробництв. ФК4. Здатність використовувати сучасне спеціальне наукове обладнання та програмне забезпечення при проведенні експериментальних досліджень і здійсненні дослідно-конструкторських розробок у сфері хімічних технологій та інженерії. ФК5. Володіння навиками роботи у спеціалізованому програмному забезпеченні, призначеному для комп’ютерного та (або) чисельного моделювання, інженерного аналізу та автоматизованої конструкторської підготовки промислового обладнання хімічних виробництв та супутніх технологічних процесів.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання: 1. Знання можливостей сучасного програмного забезпечення моделювання та інженерного аналізу хіміко-технологічних процесів та комп’ютерних моделей обладнання хімічної технології. 2. Уміння аналізу та реалізації фізичних та математичних моделей у програмному комплексі SOLIDWORKS та його модулі SOLIDWORKS Flow Simulation.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Фізика Вища математика Фізична хімія Процеси та апарати хімічної технології Машини та апарати хімічних виробництв Автоматизоване проектування хімічного обладнання Моделювання гідромеханічних процесів Моделювання масообмінних процесів Моделювання хімічних реакторів
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна дозволяє опанувати основи комп’ютерного моделювання, верифікації, оптимізації хіміко-технологічних процесів та апаратів хімічної технології за допомогою програмного комплексу системи автоматизованого проектування та інженерного аналізу SOLIDWORKS та модуля SOLIDWORKS Flow Simulation.
Опис: Основні можливості Solidworks Flow Simulation Майстер налаштування нового проекту. Інженерна база даних в Solidworks Flow Simulation. Внесення нетипових середовищ до інженерної бази даних Налаштування проекту: розрахункова область, потоки, граничні умови, цілі, сітка. Solver. Виведення результатів проекту Параметричне моделювання у Solidworks Flow Simulation Змінне налаштування сітки розрахункової області Розрахунок зовнішньої задачі гідродинаміки у Solidworks Flow Simulation. Використання рівнянь у виборі цілей проекту Моделювання змішування потоків рідини у Solidworks Flow Simulation Дослідження ефективності вловлювання частинок у SolidWorks Flow Simulation Дослідження пористого середовища у SolidWorks Flow Simulation
Методи та критерії оцінювання: Екзаменаційний контроль, усне опитування, поточний контроль, виконання практичних, лабораторних робіт.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль 30 Екзаменаційний контроль 70 Разом за дисципліну 100
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Базова 1. Flow Simulation 2022 Technical Reference. 158 с. 2. Tutorials Solidworks Flow Simulation 2022. 478 с. Допоміжна 1. Іващук О. С. Основи інженерного аналізу та підготовки виробництва хімічного обладнання. ч. 1: навч. посіб. / О. С. Іващук. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2020. – 140 с. – ISBN 978-966-941-562-2.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).

Моделювання процесів та апаратів хімічної технології (курсовий проєкт)

Спеціальність: Комп'ютерна хімічна інженерія
Код дисципліни: 7.161.10.O.014
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Хімічна інженерія
Лектор: к.т.н., доцент Гаврилів Р.І.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Метою викладання даної дисципліни є ознайомлення з новими підходами комп’ютерного моделювання хіміко-технологічних процесів, поглибленого вивчення та удосконалення професійної підготовки в області проведення теоретичних досліджень та розширення практичних навиків роботи з сучасними програмними комплексами системи автоматизованого проектування – ANSYS, SOLIDWORKS. Особлива увага приділена урахуванням специфічних вимог хімічного виробництва, побудові комп’ютерних моделей основних процесів хімічної технології, їх верифікації з експериментальними даними.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей: Інтегральна компетентність (ІНТ): Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та проблеми хімічних технологій та інженерії під час професійної діяльності або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов і вимог. загальні компетентності: ЗК2. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях. ЗК3. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел. ЗК4. Здатність працювати самостійно і в команді. фахові компетентності: ФК1. Здатність досліджувати, класифікувати і аналізувати показники якості хімічної продукції, технологічних процесів і обладнання хімічних виробництв. ФК4. Здатність використовувати сучасне спеціальне наукове обладнання та програмне забезпечення при проведенні експериментальних досліджень і здійсненні дослідно-конструкторських розробок у сфері хімічних технологій та інженерії. ФК5. Володіння навиками роботи у спеціалізованому програмному забезпеченні, призначеному для комп’ютерного та (або) чисельного моделювання, інженерного аналізу та автоматизованої конструкторської підготовки промислового обладнання хімічних виробництв та супутніх технологічних процесів.
Результати навчання: В результаті вивчення дисципліни фахівець повинен знати: ПР2. Здійснювати пошук необхідної інформації з хімічної технології, процесів і обладнання виробництв хімічних речовин та матеріалів на їх основі, систематизувати, аналізувати та оцінювати відповідну інформацію. ПР4. Оцінювати технічні і економічні характеристики результатів наукових досліджень, дослідно-конструкторських розробок, технологій та обладнання хімічних виробництв. ПР7. Здійснювати пошук необхідної інформації з хімічної технології у науково-технічній літературі, патентах, базах даних, інших джерелах, процесів і обладнання виробництв хімічних речовин та матеріалів на їх основі, систематизувати, і аналізувати та оцінювати відповідну інформацію. КОМ1. Зрозуміле і недвозначне донесення власних знань, висновків та аргументації до фахівців і нефахівців, зокрема, до осіб, які навчаються. КОМ2. Здатність використання сучасних інформаційних технологій для ефективно спілкування на професійному та соціальному рівнях.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни: Фізика Вища математика Фізична хімія Процеси та апарати хімічної технології Машини та апарати хімічних виробництв Супутні і наступні навчальні дисципліни: Чисельне моделювання процесів та апаратів хімічної технології, ч.1,2 Чисельне моделювання масообмінних процесів Методологія фізичного моделювання хіміко-технологічних процесів
Короткий зміст навчальної програми: -Вступ. Загальні поняття про комп’ютерне моделювання гідромеханічних процесів в хімічній технології. CFD аналіз на основі ПК ANSYS Fluent. -Теоретичні основи механіки суцільних середовищ. Сили, які діють в суцільному середовищі, основні рівняння механіки руху рідин і газів. -Фізичні аспекти турбулентності. Загальна характеристика турбулентних потоків. Сучасні підходи і області застосування різноманітних підходів до моделювання турбулентних потоків. -Напівемпірична теорія турбулентності. Рівняння Рейнольдса і методи їх вирішення. -Гіпотеза Буссінеска і моделі турбулентної в’язкості на її основі. -Алгебраїчні і напівдиференційні моделі турбулентності. -Моделі турбулентної в’язкості з одним диференційним рівнянням. Модель Спаларта-Аллмараса. -Моделі турбулентної в’язкості з двома диференційними рівняннями. k–? і k–? моделі турбулентності та їх види. -Інші моделі на основі турбулентної в’язкості. Моделі, які не використовують гіпотезу Буссінеска. Модель рейнольдсових напружень (RSM). -Сучасні методи прямого чисельного моделювання турбулентності. Метод моделювання макровихрових структур «LES-модель» і метод моделювання відщеплених вихорів «DES-модель». -Методика постановки задачі при моделюванні турбулентних потоків в ПК ANSYS Fluent, визначення граничних умов моделювання, підготовка розрахункової моделі. -Моделювання пограничного шару в турбулентному потоці та низькорейнольдсових потоків. -Основи моделювання стаціонарних і нестаціонарних гідромеханічних процесів. -Чисельне моделювання внутрішньої, зовнішньої і змішаної задач гідромеханіки в ПК ANSYS Fluent.. -Моделювання процесів перемішування -Моделювання руху багатофазових потоків: DPM (Discrete Phase Model) модель дис¬кретної фази і DEM (Discrete Element Method) метод дискретного елемента. Аналіз траєкторії руху твердої фази в газовому потоці. -Особливості моделювання руху ненютонівських рідин -Моделювання потоків навколо рухомих об’єктів, особливості використання динамічних сіток кінцевих елементів. -Моделювання з використанням функції користувача (UDF). -Обробка результатів моделювання турбулентних потоків.
Опис: Роль комп’ютерного моделювання в наукових дослідженнях. Основні поняття комп’ютерного моделювання процесів хімічної технології. Мета і завдання моделювання ХТП. Огляд програмних продуктів для чисельного моделювання. Принципи комп’ютерного моделювання хіміко-технологічних процесів. Етапи моделювання: побудова математичного опису процесу, розробка алгоритму, чисельний експеримент. Чисельні методи моделювання основних процесів в хімічній технології. Метод кінцевих елементів (МКЕ). Реалізація МКЕ в пакеті ANSYS. Види аналізів в ANSYS. Використання методу кінцевих елементів для вирішення задач гідро- і газодинаміки в ANSYS FLUENT. Огляд і класифікація задач гідро- і газодинаміки, які вирішуються в ANSYS FLUENT. Використання методу кінцевих елементів для аналізу теплових процесів в хімічній технології. Огляд моделей, які реалізовані в програмному комплексі ANSYS FLUENT. Використання методу кінцевих елементів для аналізу процесів за участю багатофазових потоків в ANSYS FLUENT. Використання методу кінцевих елементів для дослідження масообмінних та реакційних процесів в ANSYS FLUENT. Створення проекту чисельного експерименту в програмному модулі ANSYS. Основи роботи в ANSYS WORKBENCH. Робота з проектом в ANSYS Workbench. Створення геометричних моделей досліджуваного об’єкту в Design Modeler. Створення сітки кінцевих елементів. Структуровані і неструктуровані сітки. Робота в програмному модулі Mesher. Підготовка і налаштування чисельного експерименту в ANSYS FLUENT. Вибір фізичних моделей. Налаштування робочих умов, властивостей матеріалів, сполук та потоків. Налаштування початкових та граничних умов моделювання. Вибір і налаштування вирішувача у програмі Fluent, використання явних і неявних схем дискретизації. Обробка і візуалізація результатів моделювання.
Методи та критерії оцінювання: Екзаменаційний контроль, усне опитування, поточний контроль, виконання практичних, лабораторних робіт.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль 30 Екзаменаційний контроль 70 Разом за дисципліну 100
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Рекомендована література Базова Література до теоретичного курсу: 1 ANSYS 15.0 Tutorials / University of Alberta, 2015.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).